第8章 交流電動機另

8.1

三相異步電動機的構造第8章交流電動機8.2

三相異步電動機的轉動原理8.3

三相異步電動機的電路分析8.4

三相異步電動機轉矩與機械特性8.7

三相異步電動機的起動8.8

三相異步電動機的調速8.9

三相異步電動機的制動8.5

三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)8.5

三相異步電動機的選擇1.了解三相交流異步電動機的基本構造和轉動原理。本章要求：2.理解三相交流異步電動機的機械特性，掌握起動和反轉的基本方法,了解調速和制動的方法。3.理解三相交流異步電動機銘牌數(shù)據(jù)的意義。第8章交流電動機電動機的分類：鼠籠式異步交流電動機授課內容：

基本結構、工作原理、機械特性、控制方法

電動機交流電動機直流電動機三相電動機單相電動機同步電動機異步電動機他勵、并勵電動機串勵、復勵電動機第8章交流電動機1.定子8.1

三相異步電動機的構造鐵心：由內周有槽的硅鋼片疊成。A----XB----YC----Z三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵

轉子:在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電流。2.轉子鼠籠轉子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)

鼠籠式轉子鐵芯槽內放銅條，端部用短路環(huán)形成一體?；蜩T鋁形成轉子繞組。(2)

繞線式轉子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠式繞線式鼠籠式電動機與繞線式電動機的比較：鼠籠式：

結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。繞線式：結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。8.2

三相異步電動機的轉動原理磁鐵閉合線圈e方向用右手定則確定f方向用左手定則確定磁場旋轉轉動原理磁極旋轉導線切割磁力線產生感應電動勢導線長磁感應強度切割速度（右手定則）閉合導線產生電流

i（左手定則）通電導線在磁場中受力1.線圈跟著磁鐵轉→兩者轉動方向一致

結論：2.線圈比磁場轉得慢異步8.2.1旋轉磁場

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉磁場的產生oo規(guī)定

i:“+”首端流入，尾端流出。

i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出()電流入tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ三相電流合成磁

場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉60°合成磁場旋轉90°600動畫oAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相電流產生的合成磁場是一旋轉的磁場

即：一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過360°取決于三相電流的相序2.旋轉磁場的旋轉方向結論：任意調換兩根電源進線，則旋轉磁場反轉。動畫任意調換兩根電源進線(電路如圖)AXCZBY0to3.旋轉磁場的極對數(shù)P當三相定子繞組按圖示排列時，產生一對磁極的旋轉磁場，即：otAXBYCZAXYCBZ

若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián)

，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對磁極的旋轉磁場。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC極對數(shù)動畫旋轉磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'04.旋轉磁場的轉速工頻：旋轉磁場的轉速取決于磁場的極對數(shù)p=1時0toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2時0旋轉磁場轉速n1與極對數(shù)p的關系極對數(shù)每個電流周期磁場轉過的空間角度同步轉速旋轉磁場轉速n1與頻率f1和極對數(shù)p有關?？梢?8.2.2電動機的轉動原理1.轉動原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉子導體右手定則感應電動勢E20旋轉磁場感應電流I2旋轉磁場左手定則電磁力FF電磁轉矩TnF

8.2.3轉差率

旋轉磁場的同步轉速和電動機轉子轉速之差與旋轉磁場的同步轉速之比稱為轉差率。由前面分析可知，電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，但轉子轉速n不可能達到與旋轉磁場的轉速相等，即異步電動機如果:無轉子電動勢和轉子電流轉子與旋轉磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉子導條無轉矩因此，轉子轉速與旋轉磁場轉速間必須要有差別。異步電動機運行中:轉子轉速亦可由轉差率求得轉差率s

例1：一臺三相異步電動機，其額定轉速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉差率。解：根據(jù)異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉速的關系可知：n1=1000r/min,即p=3額定轉差率為8.3

三相異步電動機的電路分析

三相異步電動機的電磁關系與變壓器類似。變壓器：變化eU1E1=4.44f1N1

E2=4.44f2N2E1頻率等于電源頻率。異步電動機每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f28.3.1定子電路1.旋轉磁場的磁通異步電動機：旋轉磁場切割導體e，

U1

E1=4.44

f1N1每極磁通旋轉磁場與定子導體間的相對速度為n1，所以2.定子感應電勢的頻率f1感應電勢的頻率與磁場和導體間的相對速度有關f1=電源頻率f8.3.2轉子電路1.轉子感應電勢頻率f2∵定子導體與旋轉磁場間的相對速度固定，而轉子導體與旋轉磁場間的相對速度隨轉子的轉速不同而變化定子感應電勢頻率f1轉子感應電勢頻率f2

轉子感應電勢頻率f2旋轉磁場切割定子導體和轉子導體的速度不同2.轉子感應電動勢E2E2=4.44f2N2=4.44sf1N2

當轉速n=0(s=1)時，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2轉子靜止時的感應電勢即E2=

sE20

轉子轉動時的感應電勢3.轉子感抗X2當轉速n=0(s=1)時，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

4.轉子電流I2轉子繞組的感應電流5.轉子電路的功率因數(shù)轉子繞組的感應電流轉子電路的功率因數(shù)結論：轉子轉動時，轉子電路中的各量均與轉差率

s有關，即與轉速

n有關。I2coss1I2,O8.4

三相異步電動機轉矩與機械特性8.4.1轉矩公式

異步電動機的電磁轉矩是由旋轉磁場與轉子電流相互作用產生的，因此電磁轉矩T與磁通φ及轉子電流I2有關。由于轉子電路呈感性，所以只有轉子電流的有功分量I2cosφ2才能產生電磁轉矩。常數(shù)，與電機結構有關旋轉磁場每極磁通φ轉子電流轉子電路的功率因數(shù)由此得電磁轉矩公式由前面分析知：由公式可知電磁轉矩公式1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1T2.當電源電壓U1一定時，T是

s的函數(shù)。3.R2

的大小對

T有影響。繞線式異步電動機可外接電阻來改變轉子電阻R2

，從而改變轉矩。8.4.2機械特性曲線OTS根據(jù)轉矩公式得特性曲線：OT1電動機在額定負載時的轉矩。1.額定轉矩TN三個重要轉矩OT額定轉矩(N?m)如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉速為1440r/min,則額定轉矩為2.最大轉矩Tmax轉子軸上機械負載轉矩TL不能大于Tmax

，否則將造成堵轉(停車)。電機帶動最大負載的能力。令：求得臨界轉差率OTTmax將sm代入轉矩公式，可得當U1

一定時，Tmax為定值過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動機的過載系數(shù)為工作時必須使TL

<Tmax

，否則電機將悶車停轉。電機嚴重過熱而燒毀。(2)sm與R2有關，R2smn。繞線式電機改變轉子附加電阻R′2可實現(xiàn)調速。3.起動轉矩Tst電動機起動時的轉矩。起動時n=0時，s=1(2)Tst與R2有關，適當使

R2Tst。對繞線式電機改變轉子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。

Tst體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。

若

Tst

>TL電機能起動，否則不能起動。OTTst起動能力起動能力約在1.4－2.2之間4.電動機的運行分析

電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，這種能力稱為自適應負載能力。

自適應負載能力是電動機區(qū)別于其它動力機械的重要特點（如：柴油機當負載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負載）。此過程中，n、sE2,I2

I1電源提供的功率自動增加。TLsTL>TT=TLnT

T′L達到新的平衡TL穩(wěn)定工作區(qū)TO這樣惡性循環(huán)下去，電機迅速停止，這種現(xiàn)象為悶車，此時電機電流立即增加到額定值的6－7倍，若不及時切斷電源將引起電機燒毀。TLTL>TnT

nT5.U1和R2變化對機械特性的影響(1)

U1變化對機械特性的影響UTmTstTLTO結論：(2)R2變化對機械特性的影響TOR2Tst

n硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時轉速下降較快，但起動轉矩大，起動特性好。(2)R2變化對機械特性的影響

不同場合應選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。TOR2Tst

n硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時轉速下降較快，但起動轉矩大，起動特性好。8.5

三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)1.型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機座長度代號機座中心高（mm）三相異步電動機教材P226表8.4.1中列出了各種電動機的系列代號。異步電動機產品名稱代號產品名稱籠型異步電動機繞線式異步電動機防爆型異步電動機高起動轉矩異步電動機新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結W1U1V1W2U2V2聯(lián)結3.電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)結；線電壓為220V時采用

聯(lián)結。說明：一般規(guī)定，電動機的運行電壓不能高于或低于額定值的5%。因為在電動機滿載或接近滿載情況下運行時，電壓過高或過低都會使電動機的電流大于額定值,從而使電動機過熱。電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。

三相異步電動機的額定電壓有380V，3000V,

及6000V等多種。4.電流例如：Y/6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結下電機的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。

5.功率與效率鼠籠電機

=72~93％電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。注意：實用中應選擇容量合適的電機，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。6.功率因數(shù)三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約為0.7~0.9。空載時功率因數(shù)很低，只有

0.2~0.3。額定負載時，功率因數(shù)最高。7.額定轉速電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。如：n

N=1440轉/分

sN

=0.048.絕緣等級指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，A級最低(105oC)，H級最高(180oC)。8.6.1

功率的選擇功率選得過大不經(jīng)濟，功率選得過小電動機容易因過載而損壞。1.

對于連續(xù)運行的電動機，所選功率應等于或略大于生產機械的功率。2.對于短時工作的電動機，允許在運行中有短暫的過載，故所選功率可等于或略小于生產機械的功率。8.6

三相異步電動機的選擇8.6.2

種類和型式的選擇1.種類的選擇

一般應用場合應盡可能選用鼠籠式電動機。只有在需要調速、不能采用鼠籠式電動機的場合才選用繞線式電動機。2.結構型式的選擇

根據(jù)工作環(huán)境的條件選擇不同的結構型式，如開啟式、防護式、封閉式電動機。8.6.3

電壓和轉速的選擇根據(jù)電動機的類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。

Y系列鼠籠電動機的額定電壓只有380V一個等級。大功率電動機才采用3000V和6000V。8.7

三相異步電動機的起動8.7.1起動性能起動問題：起動電流大，起動轉矩小。

一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5~7倍;電動機的起動轉矩為額定轉矩的(1.0~2.2)倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負載的工作頻繁起動時造成熱量積累，使電機過熱后果：原因：起動：

n=0，s=1,接通電源。起動時，n=0，轉子導體切割磁力線速度很大，轉子感應電勢轉子電流定子電流

8.7.2

起動方法(1)直接起動

二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。(2)降壓起動：星形-三角形(Y－)

換接起動自耦降壓起動（適用于鼠籠式電動機）(3)轉子串電阻起動（適用于繞線式電動機）以下介紹降壓起動和轉子串電阻起動。1.降壓起動(1)Y－換接起動

降壓起動時的電流為直接起動時的+－

起動U1U2V1V1W1W2+－正常運行U1U2V1V2W1W2設：電機每相阻抗為Y－

起動器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動觸點Y動觸點靜觸點Y－

起動器接線簡圖Y起動L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起動UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2Y－

起動器接線簡圖

工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2正常運行Ul+＿U1V1V2W1W2(a)僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結的電機。

(b)Y－

起動Y－

換接起動適合于空載或輕載起動的場合Y-換接起動應注意的問題正常運行UlU1W2V2W1+＿U2V1UP

起動+＿Ul+＿U1W2V2W1U2V1(2)自耦降壓起動L1L3L2FUQ

Q2下合：接入自耦變壓器，降壓起動。

Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開關QQ2

自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運行時聯(lián)成Y形不能采用Y－起動的鼠籠式異步電動機。起動時將適當?shù)腞串入轉子電路中，起動后將R短路。起動電阻

2.繞線式電動機轉子電路串電阻起動RRR滑環(huán)電刷定子轉子?

若R2選得適當，轉子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉矩。常用于要求起動轉矩較大的生產機械,例如起重機、鍛壓機。R2-TTst

-TO轉子電路串電阻起動的特點

方法：任意調換電源的兩根進線，電動機反轉。電動機正轉電動機反轉二、三相異步電動機的正、反轉電源~UVWM3~UVW電源~M3~8.8.1變頻調速(無級調速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調+–~變頻調速方法恒轉矩調速（f1<f1N）恒功率調速（f1>f1N）頻率調節(jié)范圍：0.5~幾百Hz三種電氣調速方法8.8

三相異步電動機的調速8.8.2變極調速

(有級調速)

變頻調速方法可實現(xiàn)無級平滑調速,調速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應用。A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSSA1X1A2X2ii??P=1采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。A1··A2X1X2SNTo8.8.3變轉差率調速

(無級調速)

變轉差率調速是繞線式電動機特有的一種調速方法。其優(yōu)點是調速平滑、設備簡單投資少，缺點是能耗較大、效率低。這種調速方式廣泛應用于各種提升、起重設備中。nn'??TLTLs

′s??Tso8.9

三相異步電動機的制動制動方法機械制動電氣制動能耗制動反接制動發(fā)電反饋制動

電動機在停車時，轉子靠慣性繼續(xù)旋轉。為了縮短輔助工時，提高生產效率，保證安全，有些生產機械要求電動機能準確迅速停車，這就要用強制的方法，使電動機快速停車就叫制動。nF轉子Tn1=0M3~+-運轉制動?RP8.9.1

能耗制動

在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與旋轉的轉子作用，產生了與轉子旋轉方向相反的轉矩（制動轉矩），使轉子迅速停止轉動。這種制動把轉子的動能轉變?yōu)橄脑谵D子電路里的電能，故稱為能耗制動。這種方法準確、平穩(wěn)、耗能小，但需要直流電源。8.9.2

反接制動

停車時，將接入電動機的三相電源線中的任意兩相對調，使電動機定子產生一個與轉子轉動方向相反的旋轉磁場，從而獲得所需的制動轉矩，使轉子迅速停止轉動。反接制動時旋轉磁場與轉子的相對速度為（n1+n），因而定子及轉子繞組中的電流很大，為保護電機不致過熱燒毀，對于功率較大的電動機制動時必須在定子電路（鼠籠式）或轉子電路（繞線式）中接入電阻，用以限制電流。M3~運轉制動?nF轉子Tn18.9.3

發(fā)電反饋制動

當起重機載物下降時，由于重力加速度作用，會導致電動機轉子的轉速n大于旋轉磁場的轉速n1，旋轉磁場產生的電磁轉矩作用方向發(fā)生變化，由驅動轉矩變?yōu)橹苿愚D矩。電動機進入制動狀態(tài)，同時將外力作用于轉子的能量轉換成電能回送給電網(wǎng)。nF轉子Tn1n>n1例1:

1)解:

一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯(lián)結，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)額定電流IN?